某零件加工工艺设计与分析

某零件加工工艺设计与分析

本文对某零件的加工工艺进行了简要分析。

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1 零件的结构工艺性分析

零件的结构工艺性是指设计的零件的外形结构在能满足使用的前提下制造的可行性和经济性。

1.1 零件图纸的工艺分析

本文设计的零件图纸如下所示。

1.2 零件的结构分析

由图可知，这个零件是由圆柱面、六角面、阶梯长孔、小孔、螺纹和带两个空间方向锥槽等部分组成，集细长、深孔、薄壁三种结构特点于一身。零件的表面粗糙度、尺寸精度和形位公差要求都很高，加工难度大，外圆极易弯曲、变形；超长的内孔也很难保证尺寸和轴向跳动。

2 零件加工和技术要求分析

2.1 该零件的重要和难加工的尺寸有：①外圆：φ19.50-0.05mm长度560.3mm的圆柱段，直线度0.05；宽5.3+0.10 mm的三个锥形槽，双锥度1度零8分±1分和30度；φ4+0.0120mm的3个孔；表面粗糙度都为Ra=1.6um。②内孔：M16×1.5螺纹，φ14.4+0.30mm孔，φ14+0.0270mm的孔对轴线轴向跳动0.1mm，φ14.5+0.0180mm孔，后两个尺寸表面粗糙度值都为Ra=1.6um。③薄壁、细长杆和长阶梯孔：最薄处不足2.5mm并且有同轴度要求，φ19.5外圆和φ14孔总长607mm④零件要求整体硬度HRC34—38。通过分析图纸可知，该零件最难加工和保证的是尺寸精度、表面粗糙度、外圆的直线度和轴向跳动高。

2.2 为了满足设计要求，提高加工质量，我们采用如下加工方案：①将该零件加工划分为“粗加工——半精加工—精加工”三大加工阶段。粗加工粗车外圆、钻通底孔，半精加工精车外圆并进行扩孔加工，精加工将外圆、内孔加工到位。②对于外圆φ19.50-0.05mm和内孔φ14+0.0270mm的加工，分粗、半精、精加工三个阶段加工，精加工安排在热处理之后，装夹完后一次成型；热处理完后将工件校直到直线度0.2mm以下装夹完后一次磨成，保证直线度0.05mm的精度，粗、精加工都要安装中心架，提高零件刚性，减少弯曲变形。③针对宽5.3+0.10mm带两个空间锥度1度零8分±1分和30度锥形槽的加工，采用X52K铣床、圆盘和分度头配合使用，将分度头放在圆盘上加工的方法完成，热处理完后再抛光的方法。④针对深孔、薄壁加工问题。采用手动进刀，φ12、φ14.1的深孔钻先钻、

后扩、再磨削的加工方法。钻孔是主轴转速选的250—300r/min，进刀速度以铁屑正常不变色为准，因为9CrSi材料作为工具钢硬度偏高速度过快，一是会加剧刀具磨损，二是积累热急剧上升引起薄壁零件变形。另外加工中要注意排屑和冷却，并且安装跟刀架，减少弯曲变形。

选择以上措施可保证尺寸、形状、精度和表面粗糙度。

3零件材料的分析

3.1 零件的用途及对材料特性的要求：该零件是发动机主涨紧工具的导向套，在使用过程中宽5.3+0.10mm的三个锥形槽将承受着很大的挤压力，这就要求所选的材料既要有一定的强度，又要有一定的韧性，耐磨性又高，使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的应力，寿命又长，以保证工具的长期正常使用。

3.2 零件的结构和技术要求对材料特性的要求。该零件是集细长、深孔、薄壁三种结构特点于一身的零件，并且要求热处理HRC34—38。这就要求材料要有一定原始材料硬度，作为细长轴加工使，能提供较好的刚性；要求有良好的加工性、工艺性，加工过程中利于切削，减少零件变形和加工难度；要求有较高的淬透性和较小的热变形性，热处理完后内外硬度相当，作为细长、深孔、薄壁的零部件热变形性当然越小越好。

3.3 9CrSi合金工具钢，主要化学成分含量：C0.85-0.95%，Si 1.20-1.60%，Mn0.30-0.60%，Cr0.95-1.25%，S、P小于或等于0.03%，特性：良好的加工性和工艺性能、淬火温度范围宽，较小热处理变形性尺寸和外形都很稳定、具有较高的淬透性和淬硬性、良好的耐磨性，在承受相当大的压力和摩擦力的条件下，仍能保持其形状和尺寸不变，正好符合以上要求和特性。主要用在制造形状复杂、变形小、耐磨性要求高的低速切削刃具，如钻头、螺纹工具等；也可以作冷作模具，制造冷轧辊、矫正辊以及细长杆件。

4 加工设备的选择

所有的圆柱面、孔和螺纹选用CA6140车床加工，对于表面粗糙度Ra=1.6um，尺寸精度0.06mm以下的圆柱面和孔选用选用外圆磨床MQ1350A和内圆磨床M2120加工；对于φ4+0.0120mm的孔选用Z3040加工；对于宽5.3+0.10mm锥槽选用X52K铣床加工。

5 确定零件的定位与加紧方案

轴类零件在加工过程中选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一和互为基准等重要原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。

该零件的设计基准是中心线，根据基准重合的原则，考虑应选择两端的中心孔或一端外圆一端中心孔作为精基准面。为了保证外圆和内孔的同轴度，应按互

为基准的原则选择基准面。粗加工阶段：先车出一端外圆和中心孔，然后以车出外圆定位加工另一端中心孔，再以车出外圆和中心孔定位粗车全部外圆；半精加工阶段：以粗车外圆和中心孔定位加工孔，然后以孔为定位基准精车外圆，再以精车外圆定位扩孔；精加工阶段：热处理完后，先以外圆定位研磨两60°锥面，再以两60°锥面定位磨外圆，然后再以外圆定位磨内孔。定位基准每转换一次，都使零件的加工精度提高一步。

6 零件的主要表面加工工序安排

该零件主要表面的加工顺序安排如下：

粗车全部外圆（以外圆和顶尖孔定位）→鉆通孔、扩孔、车60°锥面（以外圆表面定位）→精车外圆（以外圆和60°锥面定位）→扩另一端孔（以精车外圆定位）→研磨60°锥面（以精车外圆定位）→磨外圆（以研磨后的60°锥面定位）→磨内孔（以磨完外圆定位）。

当主要表面加工顺序确定后，就要合理地插入次要表面加工工序。该零件的次要加工工序主要有钻铰φ4孔、铣床5.3的锥度槽和S27的六角，安排在精车后热处理前即可。

7 确定零件的加工工序

①下料9CrSiφ32×610±1mm；②车端面，打中心孔，车外圆到φ31.5；③架中心架、车另一端面保长短、打中心孔，将外圆车到φ25；④将φ31.2、φ27车成，内孔钻通，φ14.4+0.30孔加工成保证孔深，车螺纹、空刀和60°锥面；⑤将φ25外圆车到φ19.5+0.7mm，架中心架，扩孔φ14.5+0.0180和φ14+0.0270，留0.2-0.3mm余量，保证孔深，车60°锥面；⑥钳工划3-φ4孔的中心线和3-5.3槽线，钻铰3-φ4+0.0120孔；⑦铣3-5.3+0.10长槽，保尺寸43.3+0.10和角度1°8’±1’、30°；⑧热处理HRC34-38；⑨钳工校直，轴向跳动0.2mm内；⑩钳工研磨两60°锥面，抛光5.3槽； 以两60°锥面定位，磨φ19.5外圆到尺寸，保证560.3尺寸； 四爪夹紧孔φ19.5左端，找正外圆跳动0.1mm以内，磨φ14.5+0.0180和φ14+0.0270孔到尺寸；检验图纸要求各尺寸。

参考文献：

[1]王世清.孔加工技术，北京：石油工业出版社，1993.